燃料电池系统以及具有这种燃料电池系统的交通工具技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统以及具有这种燃料电池系统的交通工具，燃料电池系统具有：至少一个燃料电池堆，其具有阴极侧和阳极侧；壳体，其围绕至少一个燃料电池堆；壳体吹扫空气入口；空气输送设施，其设置在壳体吹扫空气入口上；壳体吹扫空气出口；氧化催化器；至少一个温度传感器；以及控制单元，其中空气输送设施被配置成将气流连续引导到壳体吹扫空气入口中，其中氧化催化器设置在壳体吹扫空气出口的下游，并且被配置成催化燃烧氢气和氧气，温度传感器设置在氧化催化器上，并且被配置成检测氧化催化器的温度，并且控制单元联接到温度传感器和空气输送设施，并且被配置成接收由温度传感器检测到的温度，由此确定氢气浓度的变化。变化。变化。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统以及具有这种燃料电池系统的交通工具


[0001]本说明书涉及一种燃料电池系统以及一种具有这种燃料电池系统的交通工具。

技术介绍

[0002]在具有聚合物电解质膜的燃料电池中，常出现与构造模式相关的少量泄漏，结果少量体积流量的氢气可能逸出。因此，围绕燃料电池的壳体的内部空间或紧邻的环境可能具有一定浓度的氢气。考虑到上级系统(例如集成有燃料电池的交通工具)的安全性，避免任何过高浓度的氢气是有利的。为此，已知对燃料电池的环境进行连续通风。这足以补偿预期的任何少量流量的泄漏。
[0003]为了避免燃料电池中的氮气和水的任何过量积聚，对阳极侧执行连续或周期性的吹扫程序。在该过程中，氮气和水被引导到燃料电池的排放管线中。然而，在该过程中，一定体积流量的氢气可能进入排放管线中。
[0004]在可能产生较大体积流量的故障的情形下，需要短暂的较强烈的通风。已知所述通风由额外的风扇提供，并且燃料电池的操作被中断。此外，已知在这种情况下，指定给燃料电池并为燃料电池的操作所必需的压缩新鲜空气流专门或部分用于通风目的。

技术实现思路

[0005]可以认为，目的在于提出一种替代的燃料电池系统，其中可以防止壳体或环境中的任何过高浓度的氢气。
[0006]此目的通过根据本专利技术的燃料电池系统以及具有这种燃料电池系统的交通工具来实现。
[0007]提出了一种燃料电池系统，该燃料电池系统具有：至少一个燃料电池堆，其具有阴极侧和阳极侧；壳体，其围绕至少一个燃料电池堆；壳体吹扫空气入口；空气输送设施，其设置在壳体吹扫空气入口上；壳体吹扫空气出口；氧化催化器；至少一个温度传感器；以及控制单元，其中空气输送设施被配置成将气流连续引导到壳体吹扫空气入口中，其中氧化催化器设置在壳体吹扫空气出口的下游，并且被配置成催化燃烧氢气和氧气，其中该至少一个温度传感器设置在氧化催化器上，并且被配置成检测氧化催化器的温度，该温度作为与在燃料电池过程之外出现的并且要被排放的氢气的体积流量相关的信息项，并且其中控制单元联接到至少一个温度传感器和空气输送设施，并且被配置成接收由至少一个温度传感器检测到的温度，并且由此确定氢气浓度的变化。
[0008]至少一个燃料电池堆可以具有多个单独的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)，其中膜在其中将阳极与阴极分开。根据需要，燃料电池整体地或分组地串联和/或并联电连接。PEM燃料电池在技术上是成熟的，并且可以在相当低和相当高的温度水平下可靠地操作。由于相当低的温度水平，这些燃料电池特别可以毫不犹豫地永久用于运输乘客的交通工具中。
[0009]操作燃料电池需要反应物的连续流入。在正常操作期间，在阴极侧进给作为燃料
电池过程的氧化剂的新鲜空气。为此，可以设置压缩机，可选地在该压缩机的下游设置中间冷却器。相反，在阳极侧提供从外部氢气源发出的氢气。
[0010]壳体围住至少一个燃料电池堆，并将必要管线从壳体外部穿过壳体壁引导到至少一个燃料电池堆。这可以包括氢气管线、空气管线、排放空气管线、冷却装置的进料管线和回流管线、至少一条电流线、以及可选的控制线。除了至少一个燃料电池堆之外，可以在壳体内设置进一步的部件，比如各种阀、水分离器或类似部件。
[0011]壳体吹扫空气出口可以设置在壳体的上端上。此处的术语“上”应被理解为在集成有燃料电池系统的上级系统的正常操作中，壳体的相应区域位于壳体的其他区域上方。由于氢气比空气轻，因此所述氢气可以容易通过此壳体吹扫空气出口逸出，而无需不可避免地进行主动吹扫。残余氢气可以进入壳体吹扫空气出口中，特别是在空气输送设施停止操作的备用状态下。
[0012]壳体吹扫空气入口可以设置在壳体的下端上，并且优选地设置在与壳体吹扫空气出口相反的区域中。壳体吹扫空气入口被设置成通过空气输送设施主动将空气引导到壳体中，以便吹扫壳体的内部，使得壳体的内部中的氢气浓度最小化。在吹扫期间，在壳体的内部中产生正压，该正压使得气体从壳体吹扫空气出口流出。以这种方式，壳体的内部中所含有的氢气从壳体的内部被吹扫、或者被稀释。
[0013]氧化催化器也可以被称为催化复合器，并且充当被动安全装置。在所述氧化催化器中，氢气在催化活性材料的作用下与氧气转化成水。这可以在环境温度下进行。在若干操作点加热氧化催化器也可以是有利的，特别是当空气和氢气不在反应速率足以实现完全氧化的温度下时。这可以例如借助于电加热器来实现，该电加热器也可以直接集成在氧化催化器中。因此，从壳体吹扫空气出口流动的氢气被直接转化，并且无法被点燃。在此过程期间，在氧化催化器中产生了热量。
[0014]至少一个温度传感器可以测量由热量产生的温度升高。此处的所测量的温度升高是氢气的体积流量的直接函数。氧化催化器处产生的热量的量越高，在氧化催化器中转化的氢气的体积流量也越高。因此，通过测量氧化催化器的温度，可以间接确定由于吹扫而流动到壳体吹扫空气出口中的氢气流的大小。此处的温度的检测显著快于通过壳体吹扫空气出口上的氢气传感器进行的氢气的检测。通过检测所记录的温度的变化，控制单元可以确定壳体的内部中的氢气浓度是否变化。因此，根据本专利技术的燃料电池系统使得能够直接消除在吹扫程序期间产生的氢气，并且同时使用非常简单的技术检测氢气的实际体积流量的大小，使得可以发起燃料电池系统的维护或者对燃料电池系统操作的限制。
[0015]至少一个温度传感器可以设置在紧接氧化催化器的出口管中。例如，出口管可以代表专用的氢气漏斗，氢气已由于较低的密度而穿过该漏斗自动流出。因此，出口管优选设置在壳体的上端上。氧化催化器可以设置在出口管中、在出口管之前、或者在两个相继的出口管之间。此处，至少一个温度传感器被设置，其方式使得气体可以不受阻碍地从出口管流出。
[0016]燃料电池系统还可以具有回火制止器，该回火制止器设置在氧化催化器的上游，并且被配置成防止回火制止器的上游的氢气的任何点燃。回火制止器可以是爆燃制止器，并且可以以各种方式实现。在笔直的上游管道的情况下，限制直径长度比以便辅助回火制止器的效果可以是有利的。
[0017]燃料电池系统还可以具有联接到控制单元的阳极吹扫装置，用于吹扫至少一个燃料电池堆的阳极侧，其中阳极吹扫装置具有设置在阳极出口与氧化催化器之间的至少一个吹扫阀，并且其中控制单元被配置成通过选择性地打开至少一个吹扫阀来引导氢气流穿过阳极侧到达氧化催化器，以便吹扫阳极侧。吹扫阀可以在打开状态与关闭状态之间切换。通过打开吹扫阀，藉由阳极侧在阳极侧处的氢气进料口与阳极出口之间建立流体连接。位于阳极侧中的流体通过氢气连续流入到阳极侧中而被输送出阳极侧。以这种方式，可以去除积聚在阳极侧上的水和氮气。然而，在该过程中不可避免的是，不可用于燃料过程的一定体积的氢气也从阳极侧流出。通过将吹扫气体引导到壳体吹扫空气出口中，氢气可以直接通过氧化催化器而变得无害。例如，控制单元可以以特定的时间间隔打开指定的吹扫阀。以这种方式，穿过相应阳极的流动成为可能。
[0018]至少一个燃料电池堆可以包括多个燃料电池堆，其中至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统(2，82)，具有
‑
至少一个燃料电池堆(4)，所述至少一个燃料电池堆具有阴极侧(8)和阳极侧(6)；
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壳体(38)，所述壳体围绕所述至少一个燃料电池堆(4)；
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壳体吹扫空气入口(40)；
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空气输送设施(42)，所述空气输送设施设置在所述壳体吹扫空气入口(40)上；
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壳体吹扫空气出口(44)；
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氧化催化器(50)；
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至少一个温度传感器(52)；以及
‑
控制单元(54)，其中，所述空气输送设施(42)被配置成将气流连续引导到所述壳体吹扫空气入口(40)中，其中，所述氧化催化器(50)设置在所述壳体吹扫空气出口(44)的下游，并且被配置成催化燃烧氢气和氧气，其中，所述至少一个温度传感器(52)设置在所述氧化催化器(50)上，并且被配置成检测所述氧化催化器(50)的温度，所述温度作为与在燃料电池过程之外出现并且要被排放的氢气的体积流量相关的信息项，并且其中，所述控制单元(54)联接到所述至少一个温度传感器(52)和所述空气输送设施(42)，并且被配置成接收由所述至少一个温度传感器(52)检测到的温度，并且由此确定氢气浓度的变化。2.如权利要求1所述的燃料电池系统(2，82)，其中，所述至少一个温度传感器(52)设置在紧接所述氧化催化器(50)的出口管(46)中。3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统(2，82)，还具有回火制止器(48)，所述回火制止器设置在所述氧化催化器(50)的上游，并且被配置成防止所述回火制止器(48)的上游的氢气的任何点燃。4.如前述权利要求之一所述的燃料电池系统(2，82)，还具有联接到所述控制单元(54)的阳极吹扫装置，用于吹扫所述至少一个燃料电池堆(4)的阳极侧(6)，其中，所述阳极吹扫装置具有设置在阳极出...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯图斯，
申请(专利权)人：空中客车运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：